中国快速城镇化的成功很大部分归因于一大批快速建造的高能耗建筑, 但其代价是环境的日益恶化。集群拆迁、快速建造、高密度开发的行为使城市居民饱尝温室气体、城市热岛、空气污染的苦果, 这是城市不顾环境野蛮发展的代价。如何使建筑在设计、建造和使用的全生命周期中减少碳排放, 营造低碳可持续的人居环境, 已经成为建筑学科内一个无法回避的问题。

反观中国乡村, 虽然多数村子尚未完全开发, 但其低碳可持续发展的前景仍然不容乐观。一方面, 乡村受城市浪潮的影响逐渐与城市趋同, 村民向往现代化的生活, 对居住环境的要求不断提高, 建造了大量节能技术严重落后的新房子, 用能需求被大量释放。另一方面, 在城市建筑趋近饱和后, 资本、经济、权力和社会民生都希望在乡村找到突破口, 于是纷纷将目光转向乡村。然而, 如果乡村建筑的发展不假思索地采用城市发展模式, 将带来建筑能耗与环境压力的剧增, 甚至会制约我国的经济发展。可以说, 乡村已经成为中国可持续发展的前方阵地, “美丽乡村”正在呼唤低碳建筑。因此, 若想要在乡村建筑设计中落实“低碳”“可持续”的口号, 不仅要求决策者与设计者借鉴传统智慧, 还要求其在变革中实现创新。

正因为如此, 南方地区多个县市响应政策号召, 开展了一批“美丽宜居”农房设计与改造运动, 希望建筑师们为建设低碳生态乡村提供科学、合理、舒适的建筑类型, 使之兼顾传统文化与现代化生活, 同时设想村居群体聚落的关系, 打造文化传承、生态文明、绿色和谐的美丽乡村。此次研究隶属于“十三·五”国家重点研发项目“目标和效果导向的绿色建筑设计新方法及工具”, 致力于建立建筑空间“物质功能”与当代“绿色低碳”概念的有机联系;以长兴县顾渚村“美丽宜居”农房设计方案为例, 关注南方地区乡村人居环境低碳可持续的营建方法;以组成乡村聚落的“单元”与“结构”为切入点, 对南方传统民居建筑的建构类型、性能类型、空间类型进行深入研究, 力求在传承与创新中寻求目标和效果导向的低碳乡村建筑设计的路径与方法。

乡村, 是在与自然地理的相互选择及社会经济的发展中集簇形成的自治性群体结构。作为人类聚居的原始雏形, 乡村承载着自然的文化景观渊源和质朴的乡土生活状态。一个价值独立的乡村, 就如同一个生命体一样, 能够自我生长、修复, 有着从细胞到组织的严谨建构层级。将生物学上的“细胞”与“组织”引申到建筑学中, 就能归纳出乡村聚落构成的基本要素——“单元”和“结构”, 它们涵盖了关于“类型”和“机制”的核心特征。

单元, 是乡村聚落中的农房单体。以户为基本单位, “单元”是每户村民以围墙为限定的居住空间。单元既是物质材料的组织, 亦是家庭生活的载体, 研究“单元”的意义在于它勾连起了作为客体的材料与作为主体的人, 可以阐释人与其居住环境的本质关系。

结构, 是这些单体建筑之间的组织关系和连接方式。村落空间与整体形态来源于单元的完型和相互组织, 隐含在乡村结构背后的规则是诸多要素的复杂叠加, 如自然气候、风水观念、宗族礼制以及社会经济。对结构的适度优化和调整, 有助于乡村可持续人居环境的整体建构, 促进乡村健康、有序地发展。

乡村单元形态多样, 风格迥异, 而隐藏于“风格”背后的是“类型”。阿尔多·罗西 (Aldo Rossi) 将类型定义为“先于形式且构成形式的逻辑原则”^[1], 类型诠释了单个差异性的潜在统一法则。南方地区乡村建筑通过客体 (材料) 的组织和主体 (人) 的需求传递出类型机制, 涵盖了建构、性能和空间三个方面的原始动因。其中, “建构类型”关乎于低碳乡村的在地材料与技术;“性能类型”涉及的是乡村建筑通过建筑形式本身, 即合理的体形与有效的空间组织, 实现低碳可持续建筑的性能提升;“空间类型”则以使用者的角度论述乡村建筑中的空间利用、生活模式与文化传承。

南方地区乡村民居是材料建构的古老样本, 土、木、竹、石、瓦等乡土材料被严格区分, 各取所长, 形成了材料本身、建造逻辑及使用特性的一致。这种一致性真实并直接地反映了建筑所在地的自然及人文环境, 因此凝聚着浓重的地域文化和乡土气息。

然而在乡村中, 这种一致性正日益模糊。首先, 村民更青睐现代化的生活习惯与审美观念, 文化自信逐渐丧失;其次, 与传统材料相比, 现代材料在耐久性、实用性等方面更具优势;此外, 掌握传统建造工艺的匠人稀缺, 传统乡土民居的建设需要投入大量物质与时间成本, 并不适合大批的农房建设。因此, 如何兼顾新材料与传统材料、新技术与传统建造工艺, 在低碳与高效中谋求平衡, 在传承和创新中创造具有地域精神的现代农村住宅, 是摆在建筑师面前的一个重要课题。

在案例中, 设计者筛选并调查了长兴顾渚村本地普遍使用的建筑材料与建造方式, 挖掘其建造潜力和蕴含的内在精神, 从结构、围护、构造三个层面, 对材料与技术进行优化, 使其在满足现代化需求的同时, 保留这些民居的地域特征。

木结构是传统乡村民居的主要承重体系, 但因为木材易燃, 受潮后易腐朽, 材料本身的强度也不能满足更大空间的使用需求, 日渐被砖混结构所取代, 仅少部分作为结构构件存在。而在顾渚村乡村的营建设计中, 祠堂、社区公共建筑都使用传统木屋架作为结构支撑, 营造富有乡土文化气息的公共生活空间;在农房设计中, 则普遍采用砖混结构, 使用当地山石、河泥沙以及工农业肥料制成的环保砖, 这种复合材料砖加筋后作为结构柱起承重作用, 能大量节约热能和土地资源。

在围护材料的选择上, 以砖墙抹灰为主, 辅以木隔墙、竹灰墙, 强调就地取材, 体现地域文化。

(1) 砖墙抹灰。南方地区丘陵纵横、植被丰裕, 有出产砖瓦的天然条件。空斗砖墙和实叠是砖砌成墙的最普遍方式, 多数外墙以石灰粉刷, 在保护墙体的同时与屋面黑瓦相互映衬, 形成最具南方乡村特征的粉墙黛瓦聚落图景。

(2) 木隔墙。南方地区出产的木材主要是松、杉、樟木及其他杂木, 南方地区大部分传统民居正屋正立面、背立面皆采用木板壁。室内空间以木隔墙作为分隔, 突出表达南方地区的文化价值与传统习俗。

(3) 竹篾席+石灰。竹子也是长兴顾渚山上的特产, 竹编墙是具有当地特色的围护结构。竹子可直接编织成竹笆作为建筑的围墙, 也可在木屋架之间嵌竹编壁并抹以白灰形成内围护, 这种围护结构在夏季能快速散热, 保证室内透气凉爽。

长江三角洲地区的乡村民居展示了丰富的可持续建筑技术, 这是在有限的物质财富和资源条件下传承、延续下来的宝贵经验与智慧。

(1) 屋顶构造。在顾渚村的调研中发现, 当地工匠采用草筋泥作为屋顶瓦材的粘结剂。因草筋泥本身具有很好的蓄热与隔热性能, 在当地的民居设计中作为屋顶的保温隔热层, 能有效阻隔太阳辐射热。

(2) 防潮构造。由于当地常出现春季返潮、夏季台风、暴雨频发的现象, 民居的基础设计十分重视防潮与排水。构造做法为先将素土夯实, 然后以大块乱石或扁石砌成台帮形式, 再以斗板石或砖压边, 围绕院落周圈设置排水沟, 排走屋檐汇集的雨水。

针对南方地区夏季炎热高湿、冬季寒冷多湿的气候条件, 乡村民居应对气候的节能策略是设置一系列的“负体形”空间, 以调节与平衡室内外物理环境, 达到夏季遮阳通风、冬季保温除湿、春季防潮的性能目的。通过对传统建筑形体及其内部形态构形的传承与创新, 研究总结了“天井”“檐廊”以及“宅间巷道”的适宜尺度和现代化应用, 以实现继承文化精粹, 提高舒适度, 减少耗能需求, 形成完善性能类型体系的目标。

坐北朝南, 依山而建, 通过天井采光通风是南方地区乡村民居应对自然条件最为普遍的特征。民居通过宅内设置天井, 在内部形成一个露天空间, 这是光与风的通道, 是联系家宅与自然的纽带。天井是空间中的“开启”, 也是内外气候调节的“大脑”, 它含蓄地分配着不同空间对阳光和风的需求, 带走室内湿气, 维持建筑室内外环境的温湿度平衡。天井作为环境调控的“负体形”, 它的形态与尺度影响着其改善环境物理性能的效率。

设计研究了不同尺度的天井对风压通风与热压通风的影响机制。当天井高宽比很大时, 上部空气被太阳辐射加热, 上下温度梯度加剧。天井此时受“烟囱”效应驱动, 表现出优异的热压通风效果, 可以在夏季无风的天气中实现一定的通风换气。而当天井高宽比很小时, 天井内空气温度差别不大, 热压通风可以忽略不计, 此时风压作用占据主导。当有来风时, 建筑可以产生多个迎风面与背风面, 两者之间的压差保障了良好的风压通风。综合热压与风压通风机制, 加之采光与遮阳的需求, 研究发现, 天井高宽比在2:1左右时具有最佳的通风效果与采光遮阳效果。

檐廊不仅是室内空间在室外的延伸, 在南方地区湿热的环境中也起到重要的调节气候的作用。檐廊在遮挡过多阳光的同时还能组织通风, 廊下空间作为内外空间的缓冲空间, 可有效提升室内环境舒适度。多数檐廊邻水而建, 水通过蒸发吸热降低风的温度, 将凉爽的风送入室内。因此, 气候舒适的檐廊空间往往是邻里交往的重要生活场所, 也是进行某些农产品加工的实用空间。在长兴顾渚村农房的户型方案中, 设计了一系列类似檐廊的灰空间, 用于自家农务或乘凉休息, 檐下“负体形”空间的存在以低碳可持续的方式保证了舒适的人居环境, 同时将村民的生产和生活联系起来。

在传统民居中, 宅与宅之间会留有“一滴水”的间距, 形成不足1m的巷道。两侧的山墙使巷道的高宽比较大, 因此具有类似拔风筒的作用。白天温度上升, 空气上行, 将两边建筑的热量自然带出, 达到降温的效果;夜晚温度下降, 空气下降滞留, 形成空气间层, 达到保温的效果。

空间格局的适用性对低碳乡村单元的营造同样重要。清晰的建构逻辑塑造了南方地区乡土建筑完备的空间类型, 乡村民居基本遵守着同样的序列:檐廊-天井-堂屋-卧室, 由开敞空间逐渐过渡到封闭的空间。这种空间格局一方面是曾经的生活模式的物化, 是村民适应自然、改造自然的生存依据;另一方面也为低碳生活提供新的契机。

在长兴顾渚村民居单元的户型设计中, 以天井院落作为联系文化和产业的核心纽带。农房在考虑居住的必要功能外, 也利用天井院落将村民务农、炒茶、晒茶的行为与日常生活有机连接, 户内私密性不同的檐廊和院子分别成为村民交往和家庭生活的中心, 复原了传统民居的院落记忆。该设计将村民的日常生活编织进了白墙黑瓦所围合的各种尺度的院子里, 在满足现代化生活需求的同时, 建立了与传统民居的文化联系。

村落空间与整体形态来源于单元的完型与相互组织, 低碳乡村的单元组织与生长形成低碳乡村聚落。霍华德·戴维斯 (Howard Davis) 认为乡村具有自发优化的稳定性, “一个健康有序的乡土建筑文化是可以自我适应及改变的, 即便这种乡土结构已经处于相当稳定的状态。它具备从历史中获取经验的能力, 同时, 这种机制也具有在其正常运作之下包容创新的能力。”^[2]因此, “稳定”“适应”与“创新”是乡村聚落稳定发展的基石。

在长兴顾渚村村落结构的生成上, 以邻里组团为核心要素, 注重村落整体的错落有致, 有序构建村庄院落、住宅组团, 重新织补聚落肌理, 并以组团为载体容纳茶坊、农家乐、手工艺作坊等经济行为, 为乡村的低碳可持续发展提供经济与文化基础。

单元组团为长兴紫笋茶文化与农家乐旅游的有机结合提供了可能。多户农家组团将每户农家的开放空间整合为一个大院, 并配备各自的餐厅、厨房, 可同时批量接待游客。农家后院是茶叶生产、加工空间, 可穿过厨房直接到达, 为农户合作经营茶叶作坊提供便利。游客也能轻松参与茶叶的制作过程, 体验与众不同的农家乐项目。因此, 单元组团不仅为村民的生产、生活提供空间, 更重要的是, 它建立了一种基于邻里合作、和谐共富的生产模式与人际关联。

同时, 邻里组团的分化、生长形成村落不同层级的公共交往空间。农房边院提供家庭晾晒以及邻里闲聊的场地;组团内部的公共空间为邻里活动、农作物晾晒提供场地;组团之间的空地形成村落的公共空间, 设置祠堂与公共设施;最后各个邻里组团随场地要素自然生长, 就形成了层级丰富、错落有致的乡村聚落。

低碳乡村营建可应对当下乡村建设的诸多问题, 传承和创新传统乡土建筑中的被动式技术策略, 从空间形态、构造形式与材料组织中创造出既适应现代化生活, 又能回应当地气候条件、富有地域性文化特征的低碳可持续农房类型。低碳农房将从乡村聚落“类型”与“机制”的本质中解构出的“单元”“结构”的构成要素遵循“单元—组团—聚落”的生长逻辑, 重构了低碳乡村的公共空间层级、人际交往、生产模式与产业结构, 以恢复其自组织、自适应、自调节的物态结构性基础, 实现低碳乡村的长久发展与平衡。长兴农房设计是立足于此的一次尝试, 其中的“类型化策略”“自组织逻辑”与“自建构体系”可为当前低碳人居环境建设与可持续发展提供新的思路。